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Martinez, Thomas. Revêtements photocatalytiques pour matériaux de construction : formulation, évaluation de l'efficacité et écotoxicité

Martinez, Thomas (2012). Revêtements photocatalytiques pour matériaux de construction : formulation, évaluation de l'efficacité et écotoxicité.

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Résumé en francais

La photocatalyse est un procédé qui présente un fort potentiel dans le traitement de la pollution organique, qu'elle soit en phase gazeuse, en phase aqueuse ou biologique. Généralement, des particules ultrafines de TiO2 sont employées pour leurs performances photocatalytiques élevées mais également pour leurs propriétés de super-hydrophilie sous irradiation UV à l'origine de propriétés autonettoyantes. L'objectif de ce travail est de conférer aux matériaux de constructions des propriétés photocatalytiques qui permettent de lutter contre la pollution atmosphérique et contre le développement des algues sur les parements en béton. Dans ce but le photocatalyseur a été mis en œuvre dans un revêtement de type lasure. Ce type de produit a été choisi pour son intérêt architectural : il permet le traitement des surfaces existantes tout en conservant leur aspect initial. En outre, il permet d'optimiser les quantités de photocatalyseur utilisées, le phénomène de photocatalyse étant un phénomène de surface. Le travail de formulation de la lasure a été effectué en utilisant des constituants exempts de solvants organiques afin de limiter la toxicité du produit final. La stabilité et l'homogénéité de la lasure ont été vérifiées dans son état de stockage. L'adhésion du revêtement obtenu a été évaluée par des essais d'abrasion. L'efficacité de la lasure a été étudiée vis-à-vis de plusieurs polluants représentatifs de la pollution atmosphérique : les oxydes d'azote (NOx) et un mélange de COV (BTEX : benzène, toluène, ethylbenzène, xylènes). Les propriétés d'inhibition des croissances biologiques ont été évaluées sur l'algue Chlorella, une espèce d'algues souvent rencontrée dans la composition microbiologique des salissures des façades. Dans le but d'étudier l'innocuité de la formulation, les émissions de COV de la lasure ainsi que l'impact toxique et génotoxique d'un re-largage dans le milieu aquatique ont été évalués. Un banc de mesure a été conçu et mis en œuvre afin d'étudier l'influence du matériau photocatalytique (formulation et support d'application) et des conditions opératoires (humidité, concentration initiale en polluant, temps de contact entre le gaz et la surface photocatalytique) sur l'oxydation photocatalytique des COV et des NOx. Les résultats ont montré que les performances dépendaient du taux d'humidité de l'air et de la concentration initiale en polluants mais également de la nature du substrat utilisé pour l'application du revêtement. Par ailleurs, les essais de durabilité de la lasure appliquée sur support mortier ont montré que les performances d'abattement des NOx n'étaient pas impactées par l'application de cycles d'abrasion. Les essais de croissance biologique ont été menés à l'aide de deux dispositifs permettant de simuler deux conditions environnementales différentes : un écoulement de l'eau sur les surfaces inclinées et une humidification par remontées capillaires de l'eau dans le matériau. Quelque soient les conditions expérimentales, aucun ralentissement du développement des salissures biologiques n'a pu être attribué au phénomène de photocatalyse. Ces observations corroborent certains résultats bibliographiques montrant que le développement biologique n'est pas influencé par la présence d'un photocatalyseur, alors que les propriétés dépolluantes du matériau ont été validées sur d'autres composés. Toutefois, dans nos essais, un net ralentissement des développements biologiques a pu être observé en utilisant un hydrofuge de surface, un autre type de surface auto-nettoyante. L'évaluation de l'innocuité du produit par les mesures des émissions de COV dans l'air ont montré que des composés caractéristiques de la composition de la lasure peuvent être détectés quelque soient les conditions d'éclairement. Par ailleurs, l'étude d'écotoxicité a permis d'identifier une concentration de la lasure au-delà de laquelle une inhibition de croissance chez les larves de xénope peut être mesurée. Cependant, ces travaux n'ont pas permis de mettre en évidence une génotoxicité chez les organismes testés.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Escadeillas, Gilles
Ecole doctorale:Mécanique, énergétique, génie civil, procédés (MEGeP)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions (LMDC), EA 3027
Mots-clés libres :Photocatalyse - TiO2 - Oxydes d'azote (NOx) - Composés organiques volatils (COV) - Matériaux de constructions - Revêtement - Algues - Ecotoxicité - UV - Lasure - Mortier - BTEX - Salissures biologiques
Sujets :Génie civil, bâtiment
Déposé le :28 Oct 2013 09:16